第四章__金属在各种环境中的腐蚀

➢ III区为可见的液膜层，III区相当于“湿大气腐蚀”。 随着液膜厚度进一步增加，氧的扩散变得困难，因而腐 蚀速度也相应降低。液膜更厚就进入IV区，这与浸泡在 液体中的腐蚀相同。
➢ 一般环境的大气腐蚀大多是在II、III区进行的，随着 气候条件和相应的金属表面状态的变化，各种腐蚀形式 可以互相转换。
80
40
E烟尘颗粒
+0.01%SO2
D硫铵颗粒
+0.01%SO2
大
C 含0.01%SO2 气
无颗粒
腐
B含硫铵颗盐粒 无SO2
蚀
A 纯净空气
20 40 60 80 10
相对湿度(%)
铁的大气腐蚀速度与 相对湿度的关系
(大气中含0.01%so2) 暴露55天的结果
30 50 60 80
90
相对湿度逐渐增大(到99%)
第四章 金属在各种环境中的腐蚀
材料科学与工程学院 金属材料系
精品课件
4.1、金属在大气中的腐蚀
金属在大气自然环境条件下发生腐蚀的现 象称为大气腐蚀。
金属暴露在大气中要比暴露在其他腐蚀介 质中的机会多，大气腐蚀是金属腐蚀中最普通的一 种。然而，由于决定腐蚀反应动力学因素的复杂性， 至今对它的了解还不是十分清楚。
空气中杂技对抛光钢试样 大气腐蚀速度的影响
精品课件
防锈
(1)各种金属耐大气腐蚀性能 普通碳钢在潮湿和污染大气中很容易生锈，
须使用油漆涂料之类的覆盖层进行保护。 含铜、磷、铬、镍的低合金钢有良好的耐
大气腐蚀性能。 当大气污染严重时，不含钼的奥氏体不锈
钢也会产生锈点。有色金属铝、铜、铅、锌有良好耐 大气腐蚀性能，但当存在污染物质时，腐蚀速度增大。
SO2 ：能强烈促进钢铁的大气腐蚀 盐粒 ：溶解于金属表面水膜，增加吸湿性和导 电性，氯离子还具有强腐蚀性。 烟尘 ：烟尘落在金属表面，能吸附腐蚀性物质 (如炭粒)，或者在金属表面上形成缝隙，增加水汽凝 聚(如硅质颗粒)。
精品课件
120 暴露55天
100 80 60 40 20 0
腐 蚀 增 120 量
精品课件
析
出H320 或
吸 20 收O2 的 10 体
种
氧 1.2
还 原
1.0
反 0.8
应 速 度
0.6 0.4
1
0.2
0
150 氧 扩
150 散
2
120
层 厚
90 度
60
30
1
(ų) (mA/cm2)
50
100
(cm3/dm2) 150 200
0
200
400
水膜60厚0度(ų)
镁在全浸,蒸镏水薄膜和洁净大气条
铜表面上水膜厚度(0.1NNacl)与氧还原
件下腐蚀时的氢去极化及氧去极化
反应速度及氧扩散层厚度的关系
全浸
薄水膜
大
氧还原反应速度
气腐蚀
氧扩散层厚度
氧去极化
氢去
(根据 Po3eHΦe∧b4)
极化
精品课件
(根据ToMawoB)
大气腐蚀的影响因素
（1）气候条件：湿度 ；降水量 ；温度 ；日照量 （2）大气污染物质
精品课件
大气的近似组成
（不包括杂质）温度10oC,压力100KN/m2
成分
克/米３ 重量％
空气
1172
100
氮(N2) 879
75
氧 (O2) 氩(Ar)
269
23
水蒸汽 15
1.26
二氧化 8
0.70
碳
0.5
0.04
成分 毫克/米３
重量
氖(Ne)
14
12
氪(Kr)
4
3
氦(He)
0.8
0.7
氙(Xe)
精品课件
大气腐蚀的特点
大气腐蚀速度与金属表面水膜厚度的关系
度腐
蚀
速
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
水膜厚度
大气腐蚀速度随金属表面 水膜厚度的变化
精品课件
➢ I区为金属表面上有几个分子层厚的吸附水膜，没有形 成连续的电解液，相当于“干氧化”状态，发生纯化学 腐蚀。
➢ II区对应于“潮大气腐蚀”状态，出于电解液膜的存在， 开始了电化学腐蚀过程．腐蚀速度急剧增加。
大 气
大约为SO2含量的10％
杂
工业区：1.5~90 城市地带：0.5~1.7 农村地区：0.15~0.45
春季测量
质
的数字
的
工业区：4.8
典
农村地区：2.1
型
内地工业区：冬天4.8夏天2.7
浓
沿海农村区：年平均5.4
度
内地工业区：冬天7.9夏天5.3 沿海农村区：冬天57夏天18
毫克/升
工业区：冬天250夏天100 农村地区：冬天60夏天15
大气腐蚀基本上属于电化学腐蚀范畴。它 是一种在液膜下的电化学腐蚀，但和浸在电解质溶 液中的腐蚀有所不同。
精品课件
大气的主要成分： 大气的次要成分(杂质) 。 在大气中，普遍存在的腐蚀成分是氧、水 蒸气、二氧化碳。氧的含量基本保持不变，而且是 大量的，它真正的参与腐蚀反应。水和二氧化碳的 含量随气候和地理位置的变化而变化。 相对湿度 ：空气中水蒸气含量与同温度下 饱和水蒸气含量的比值的百分数。 空气的相对湿度对金属的大气腐蚀有重要 的影响。
根据Meetham. 转引自Shreir ed.<Corrosion>
精品课件
金属表面上的水膜
金属表面上的水膜对大来自百度文库腐蚀起着关键性作用。 当空气湿度达到100%，形成肉眼可见的水膜。 当空气的相对湿度低于100%，金属表面也可能 形成水膜，其原因有三： ◆毛细凝聚 ◆化学凝聚 ◆吸附凝聚
金属表面上形成的水膜并不是纯净的水。 因此，大气腐蚀属于电化学腐蚀范畴。
精品课件
大气腐蚀的三种类型
(1)干的大气腐蚀 当空气十分干燥，金属表面上不存在水膜金
属的腐蚀属于常温氧化。 (2) 潮的大气腐蚀
当Rh<100%，在金属表面上存在肉眼不可见的 薄液膜，随水膜厚度增加,V-迅速增大。 (3) 湿的大气腐蚀
当Rh≈100%，金属表面上形成肉眼可见的水膜， 随水膜厚度增加， V-逐渐减小。
0.5
0.4
氢(H2)
0.05
0.04
根据Meetham.
转引自＜ Corrosion＞ 上卷
精品课件
P2.4
杂质
二氧化硫(SO2) 二氧化硫(SO3)
硫化氢(H2S)
氨(NH3) 氯化物(空气样品) 氯化物(雨水样品)
尘粒
典型浓度，微克/米３
工业区：冬天350.夏天 100 农村地区：冬天100.夏天40
精品课件
部分金属大气腐蚀速度（mm/y)
精品课件
大气腐蚀的特点
▪ 氧分子还原反应速度较大，成为主要的阴极过程。 即使液膜呈酸性，氧分子还原反应仍占阴极过程的 主要地位。
▪ 在薄的液膜下氧容易到达金属表面，有利于金属钝 化；潮的大气腐蚀受阳极极化控制，湿的大气腐蚀 受阴极极化控制
▪ 由于水膜薄，腐蚀过程的产物仍留在水膜中，因此 腐蚀产物的性质对大气腐蚀过程有重要影响。